《直升機電氣系統(tǒng)》課件-05 直升機電氣系統(tǒng) -交流電源系統(tǒng)

直升機電氣系統(tǒng)05交流電源系統(tǒng)交流發(fā)電機概述1無刷交流發(fā)電機2起動交流發(fā)電機3課程小結(jié)4目錄PART01交流發(fā)電機概述飛機電源系統(tǒng)的容量早期的中小型飛機的機載電源是以直流為主的。中型渦輪螺旋槳飛機上，出現(xiàn)了交、直流發(fā)電機共有的情況。大型飛機以交流電源為主。交流發(fā)電機概述思考：為什么要用交流電源作為主電源呢？1、電源容量的增加，要求提高電壓以減輕重量。2、飛機電源工作環(huán)境條件的變化，迫使采用交流電源。3、電壓和功率變換的要求。科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力飛機制造是綜合國力的體現(xiàn)，強國強航空，吾輩當自強。發(fā)展是硬道理交流發(fā)電機概述交流電源系統(tǒng)優(yōu)點發(fā)電機沒有換向問題，減少了噪音、電磁干擾和維護工作量。電壓變換容易，適用于不同電壓等級的用電設(shè)備。交流電經(jīng)變壓整流器很容易變成低壓直流電，且轉(zhuǎn)換效率高。發(fā)電機輸出功率大，最大可超過150kVA。輸出電壓高，使配電導(dǎo)線重量下降。交流發(fā)電機概述交流電源系統(tǒng)缺點并聯(lián)供電比較困難；恒頻電源系統(tǒng)需要恒速傳動裝置或變頻設(shè)備或恒速發(fā)動機；交流電機啟動力矩比直流電機??；交流電不能像直流電一樣用電瓶儲存起來。交流發(fā)電機概述交流電機可以分為同步電機和異步電機兩大類。同步電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相同，稱為同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與所接交流電的頻率及電機的磁極對數(shù)之間有嚴格的關(guān)系。因此，對于交流電機而言，其調(diào)速要通過改變頻率的方式來實現(xiàn)。異步電動機又稱感應(yīng)電動機，是由氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換為機械能量的一種交流電機。交流發(fā)電機概述同步發(fā)電機由定子、轉(zhuǎn)子及殼體端蓋等部分組成。電樞主要由電樞鐵心和電樞繞組組成。磁極則是由磁極鐵心和勵磁繞組組成。同步電機可分為旋轉(zhuǎn)磁極式和旋轉(zhuǎn)電樞式兩類。旋轉(zhuǎn)磁極式又分為凸極式和隱極式。交流發(fā)電機概述隱極旋轉(zhuǎn)磁極式電機承受離心能力較強，主要在大型和高速的汽輪發(fā)電機中應(yīng)用。凸極旋轉(zhuǎn)磁極式電機，它有著明顯的磁極外形，勵磁繞組通直流電后，相鄰磁極交替出現(xiàn)N極和S極，在電力工業(yè)中的小容量發(fā)電機及大容量低轉(zhuǎn)速發(fā)電機(如水輪發(fā)電機)中也被廣泛采用。航空同步發(fā)電機的磁極幾乎都是凸極結(jié)構(gòu)，交流發(fā)電機概述交流發(fā)電機每相電樞繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢Ea，的有效值為Ea=4.44fnΦ式中：f-感應(yīng)電動勢的頻率；n-每相繞組匝數(shù)；Φ-每極磁通。交流發(fā)電機發(fā)出的感應(yīng)電動勢的頻率f與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n和磁極對數(shù)P之間有固定的關(guān)系n=60f/p。交流電的頻率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同步變化，因此這種交流發(fā)電機又稱為同步發(fā)電機。交流發(fā)電機概述交流發(fā)電機基本要求發(fā)電機要起勵可靠即發(fā)電機的輸出電壓要能隨轉(zhuǎn)速的升高迅速建立起來。強勵磁能力電網(wǎng)中有大負載起動或當發(fā)電機電樞繞組短路時，發(fā)電機的勵磁能迅速增大，以確?？煽抗╇娀蚨搪繁Ｗo裝置可靠動作，這種能力稱為強行勵磁能力，簡稱強勵磁能力。交流發(fā)電機概述PART02無刷交流發(fā)電機在直升機交流電源中，普遍采用同步發(fā)電機。按勵磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是否帶有電刷，可分為有刷交流發(fā)電機和無刷交流發(fā)電機兩大類。有刷交流發(fā)電機存在輸出功率小、可靠性差、維護工作量大的缺點，目前直升機上大多采用無刷交流發(fā)電機。

無刷交流發(fā)電機的結(jié)構(gòu)形式：三級式和二級式。無刷交流發(fā)電機二級式無刷交流同步發(fā)電機主要由交流勵磁機、主交流發(fā)電機和旋轉(zhuǎn)整流器組成，這種發(fā)電機的外殼里同軸安裝著兩臺交流發(fā)電機。無刷交流發(fā)電機無刷交流發(fā)電機的結(jié)構(gòu)右側(cè)部分為一臺小功率旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機，定子上的DC表示勵磁磁場，從A、F端子處輸入直流電源，該直流電源來自主發(fā)電機發(fā)出的三相交流電，因此屬于自勵方式。轉(zhuǎn)子上的AC表示轉(zhuǎn)子電樞繞組發(fā)出的交流電，該交流電經(jīng)過安裝在轉(zhuǎn)軸上的整流二極管轉(zhuǎn)換成直流電后，提供給主發(fā)電機的轉(zhuǎn)子勵磁繞組。無刷交流發(fā)電機左側(cè)部分為一臺大功率旋轉(zhuǎn)磁極式交流發(fā)電機，其中轉(zhuǎn)子上的DC表示直流磁場(包含磁極和勵磁繞組)，定子上的三根線A、B、C表示三相電樞繞組輸出端，發(fā)出的交流電為飛機電網(wǎng)供電，該電機稱為主發(fā)電機。無刷交流發(fā)電機當發(fā)動機帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后，交流勵磁機的轉(zhuǎn)子電樞繞組切割剩磁產(chǎn)生剩磁電壓，經(jīng)旋轉(zhuǎn)整流器整流后輸送到主交流發(fā)電機的轉(zhuǎn)子勵磁線圈上，從而產(chǎn)生磁場。主交流發(fā)電機的定子電樞繞組切割磁力線，產(chǎn)生一個15V左右的剩磁電壓。該電壓通過調(diào)壓器使交流勵磁機的磁場增大，則交流勵磁機的電樞電壓隨之增加，主發(fā)電機的電樞電壓也隨之增加。當電網(wǎng)電壓增加到額定電壓時，調(diào)壓器限制交流勵磁機的勵磁電流，使主發(fā)電機輸出電壓保持恒定。無刷交流發(fā)電機二級式無刷交流發(fā)電機是靠剩磁起勵發(fā)電的。當發(fā)電機遭受振動、高溫等干擾因素時，剩磁會減小或消失，這時就需要為發(fā)電機充磁。為了保證起勵可靠，可以在交流勵磁機的磁極中嵌入永久磁鐵。自勵發(fā)電機的勵磁電源來自主發(fā)電機的輸出，當主發(fā)電機的電樞繞組發(fā)生短路或電網(wǎng)中有大負載起動時，發(fā)電機的輸出電壓會下降，則加在交流勵磁機勵磁繞組上的勵磁電壓也將下降或消失，因此這種發(fā)電機不能提供強勵磁能力。為了克服上述缺點，可以采用復(fù)勵或相復(fù)勵電路。相復(fù)勵電路：電壓相加型、電流相加型和磁勢相加型相復(fù)勵電路。在勵磁電路中，勵磁電壓不僅與主發(fā)電機的輸出電壓有關(guān)，還與負載電流有關(guān)。無刷交流發(fā)電機三級無刷交流發(fā)電機由永磁式副勵磁機、勵磁機、旋轉(zhuǎn)整流器、主發(fā)電機等組成。無刷交流發(fā)電機永磁式副勵磁機的定子電樞電壓給交流勵磁機的勵磁繞組供電，而與主發(fā)電機的輸出無關(guān)，因此這種結(jié)構(gòu)屬他勵方式。他勵發(fā)電機的起勵不依賴剩磁電壓，因此可以保證發(fā)電機可靠起勵。三級式還是二級式無劇交流發(fā)電機都具有如下特點主發(fā)電機采用了旋轉(zhuǎn)磁極式結(jié)構(gòu)，都采用了旋轉(zhuǎn)整流器。發(fā)電機的頻率通過其轉(zhuǎn)速變化來調(diào)節(jié)。通過改變發(fā)電機勵磁磁場強度來調(diào)節(jié)發(fā)電機電壓。在定子（電樞）上輸出電能。無刷交流發(fā)電機PART03交流起動發(fā)電機交流起動發(fā)電機功能一是作為發(fā)動機的起動器；二是作為交流發(fā)電機為飛機提供三相交流電。起動交流發(fā)電機APU的交流起動發(fā)電機主要由三級無刷同步發(fā)電機、旋轉(zhuǎn)變壓器組成。三級無刷同步發(fā)電機，內(nèi)部裝有永磁副勵磁機、交流勵磁機和主發(fā)電機。三個電機的旋轉(zhuǎn)組件安裝在同一個軸上，并固定在一個箱體內(nèi)。旋轉(zhuǎn)變壓器作為測量電機轉(zhuǎn)子位置的傳感器，為了在起動發(fā)動機時能夠?qū)崿F(xiàn)電機轉(zhuǎn)矩的矢量控制。交流起動發(fā)電機采用油冷，含有冷卻油的油路、入口和出口。起動交流發(fā)電機起動交流發(fā)電機發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由電子控制組件、起動轉(zhuǎn)換組件、起動電源組件、發(fā)電機控制組件、起動/發(fā)電機等組成。發(fā)動機起動可以使用115V，400Hz的三相交流電，也可以使用蓄電池電源。起動電源組件把飛機上的28VDC或115V，400Hz交流電變換為起動轉(zhuǎn)換組件需要的270V高壓直流電。由SCU控制SPU的變換模式，優(yōu)先選擇交流電源來進行功率變換，如果沒有交流電可用，再選擇蓄電池電源進行變換。起動交流發(fā)電機SCU把從SPU得到的270VDC變換成三相電壓和頻率可控的三相交流電，提供給起動發(fā)電機的定子繞組，同時把變換成的單相恒頻交流電提供給起動發(fā)電機的勵磁機勵磁繞組，使電機以電動狀態(tài)運轉(zhuǎn)起動發(fā)動機或者APU。起動交流發(fā)電機SCU把從SPU得到的270VDC變換成三相電壓和頻率可控的三相交流電，提供給起動發(fā)電機的定子繞組，同時把變換成的單相恒頻交流電提供給起動發(fā)電機的勵磁機勵磁繞組，使電機以電動狀態(tài)運轉(zhuǎn)起動發(fā)動機或者APU。起動交流發(fā)電機起動轉(zhuǎn)換組件工作模式：起動模式、發(fā)電模式和發(fā)電準備模式。起動模式將SPU提供的270V高壓直流電變換成單相115V的穩(wěn)壓交流電供給起動/發(fā)電機的勵磁線圈，使勵磁轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。同時，向主起動/發(fā)電機定子線圈提供正弦脈寬調(diào)制的三相交流電來帶動轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子驅(qū)動軸通過花鍵與APU齒輪箱連接，帶動APU轉(zhuǎn)動。發(fā)電模式在APU穩(wěn)定工作后，通過SCU內(nèi)部的電壓調(diào)節(jié)器根據(jù)發(fā)電機負載大小，控制勵磁電壓從而保證起動發(fā)電機輸出電壓穩(wěn)定。起動交流發(fā)電機國產(chǎn)航空同步發(fā)電機有JF(交流發(fā)電機)及YJF(油冷交流發(fā)電機)兩型號。例如：YJF-30是額定容量為30kV?A的油冷交流發(fā)電機。交流發(fā)電機的型號電壓指標空載到額定負載:(115±10)V。100%到125%額定負載:(115±1.5)V。125%到150%額定負載:(115士2.01V。非正常穩(wěn)態(tài)電壓極限:(115土15/-10)V。對稱負載時三相電壓不平衡:小于0.6V、相移小于0.6°。不對稱負載時三相電壓不平衡:小于3V、相移小于1.5°。頻率指標:(400+4)Hz。電壓指標主要技術(shù)性能額定電壓:交流電網(wǎng)為115/200V，對應(yīng)發(fā)電機為120/208V。額定容量:交流發(fā)